22 Параметры экранирования и система заземления

Экранирование является одним из самых эффективных методов защиты от электромагнитных излучений. Под экранированием понимается размещение элементов, создающих электрические, магнитные и электромагнитные поля, в пространственно замкнутых конструкциях. Способы экранирования зависят от особенностей полей, создаваемых элементами экрана при протекании в них электрического тока.

В зависимости от типа создаваемого электромагнитного поля различают следующие виды экранирования:

- экранирование электрического поля;

- экранирование магнитного поля;

- экранирование электромагнитного поля.

Экранирование электрического поля заземленным металлическим экраном обеспечивает нейтрализацию электрических зарядов, которые стекают по заземляющему контуру. Контур заземления должен иметь сопротивление не более 4 Ом. Электрическое поле может экранироваться и с помощью диэлектрических экранов, имеющих высокую относительную диэлектрическую проницаемость.

При экранировании магнитных полей различают низкочастотные магнитные поля (до 10 кГц) и высокочастотные магнитные поля.

Низкочастотные магнитные поля шунтируются экраном за счет направленности силовых линий вдоль стенок экрана. Этот эффект вызывается большей магнитной проницаемостью материала экрана по сравнению с воздухом.

Высокочастотное магнитное поле вызывает возникновение в экране переменных индукционных вихревых токов, которые создаваемым ими магнитным полем препятствуют распространению побочного магнитного поля. Заземление не влияет на экранирование магнитных полей. Поглощающая способность экрана зависит от частоты побочного излучения и от материала, из которого изготавливается экран. Чем ниже частота излучения, тем большей должна быть толщина экрана. Для излучений в диапазоне средних волн и выше достаточно эффективным является экран толщиной 0,5-1,5 мм. Для излучений на частотах свыше 10 МГц достаточно иметь экран из меди или серебра толщиной 0,1 мм. Электромагнитные излучения блокируются методами высоко-частотного электрического и магнитного экранирования.

Параметром экранирования является эффективность экранирования. Эффективность экранирования – это отношение напряженностей поля плоской волны или поля индукции в некотором пространстве без экрана и при наличии экрана в виде элемента конструкции предназначенной для ослабления поля.

, Е₁ – напряженность электрического поля до экрана, Е₂ – напряженность электрического поля после экрана.

, Н₁ – напряженность магнитного поля до экрана, Н₂ – напряженность магнитного поля после экрана.

R – потери из-за отражения от поверхности экрана, А – потери из-за поглощения, В – потери из-за отражения внутри экрана.

Принцип работы экрана показан на рисунке 22.1.

Рисунок 22.1 – Принцип работы экрана

Для сплошного экрана эффективность экранирования не зависит от формы.

Потери из-за отражения зависят от степени рассогласования между полным волновым сопротивлением падающей волны и поверхностным сопротивлением экрана. Максимальные потери, если падающая волна является высокоимпедансной электрической составляющей поля индукции и величина поверхностного сопротивления экрана мала.

Потери из-за отражения малы, если падающая волна является магнитной составляющей поля индукции и величина поверхностного сопротивления велика.

При экранировании от поля индукции потери из-за отражения зависят от расстояния между источником поля и экраном.

Для плоской волны (дальняя зона) поверхностное сопротивление медного экрана << 377 Ом. В этом случае имеется рассогласования на всех частотах.

В ближней зоне волновое сопротивление зависит от частоты в зависимости от расстояния.

Потери из-за поглощения в материале экрана пропорциональны: A~ , где d – толщина экрана, f – частота сигнала, μ – магнитная проницаемость, G – проводимость материала относительно меди.

При d = 0,25 мм, f = 1 МГц, A = 30 дБ, при f = 1МГц, A = 0.

Потери внутреннего отражения в толще экрана зависят от соотношения между полным волновым сопротивлением падающей волны и внутренним сопротивлением экрана, а также от произведения , если А > 10 дБ, то потерями В при расчетах пренебрегаем.

Для повышения эффективности экранирования на НЧ используют многослойные экраны, изолированные друг от друга и заземленные в единой точке. Для защиты от магнитной составляющей большой интенсивности используют на НЧ экраны из стали – наружные, а внутренние – из пермаллоя.

В зависимости о напряженности поля помех требуется эффективность экранирования до 50-100 дБ. При выборе материала экрана на частотах f < 10 кГц применяются, как правило, материалы с высоким μ, при этом на частотах f > 10 кГц используют медь, алюминий, наносят слой серебра.